本文關(guān)鍵詞：蒸汽泡潰滅的數(shù)值模擬及空化模型的改進

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【摘要】：空化流是一種普遍存在于水力機械中的復(fù)雜多相流動,涉及汽-液相變、熱量交換、壓力波等許多復(fù)雜現(xiàn)象。關(guān)于空化的實驗、理論、數(shù)值研究都非常多,許多學(xué)者發(fā)展了不同的空化模型來模擬空化流,但對空化的機理性問題還缺乏足夠的認識。本文采用基于VOF的直接數(shù)值模擬方法,從細觀動力學(xué)角度出發(fā),選取更符合實際的蒸汽泡為研究對象,研究了單個蒸汽泡、25、50到175個蒸汽泡在高壓驅(qū)動下的潰滅過程,從泡潰滅的形態(tài)、壓力場分布、潰滅時間、體積分數(shù)變化率等角度,分析了泡群的潰滅規(guī)律�？紤]表面張力、粘度和汽液兩相的可壓縮性,用汽-液相變模型模擬蒸發(fā)和凝結(jié)相變過程的計算方法,模擬得到的單個蒸汽泡在外界壓力驅(qū)動下潰滅并產(chǎn)生小半徑回彈,數(shù)值模擬得到的蒸汽泡的半徑變化與Rayleigh方程解析解符合很好。蒸汽泡潰滅達到最小半徑前后時刻,泡邊緣處存在很大的壓力、溫度梯度,液體壓力最大值出現(xiàn)在泡壁附近。潰滅達到最小半徑時刻,泡中心點處壓力、溫度達到最大值,捕捉到高溫高壓現(xiàn)象。忽略汽相、液相的可壓縮性,對蒸汽泡內(nèi)的壓力進行近似處理的簡化蒸汽泡模型,獲得了很好的結(jié)果,減少了計算量,為泡群的模擬提供了可能。多泡潰滅由于泡-泡之間的相互作用,現(xiàn)象會比單泡潰滅更復(fù)雜。在單個蒸汽泡模擬的基礎(chǔ)上,選取了適合泡群特點的計算模型,模擬了泡群潰滅過程。隨著泡數(shù)量的增加,泡群潰滅時間增加；外界高壓由壓力邊界傳入計算域,首先接觸到高壓的蒸汽泡首先潰滅,泡呈現(xiàn)逐層潰滅特征；泡達到一定數(shù)密度以上,遠離壓力邊界的泡初始一段時間體積變化都很小,不同區(qū)域體積曲線的斜率趨于一致；泡群潰滅后期,產(chǎn)生很高的壓力,隨著泡層數(shù)的增加,還會產(chǎn)生很強的射流。統(tǒng)計了泡群潰滅模擬得到的潰滅時間、體積分數(shù)變化率,著重分析影響泡群潰滅過程的泡數(shù)目、壓差與泡群體積分數(shù)變化率之間的關(guān)系,獲得了與直接數(shù)值模擬得到的泡群潰滅規(guī)律符合較好的改進空化模型。改進空化模型基于直接數(shù)值模擬獲得的數(shù)據(jù),考慮了粘性、表面張力、泡-泡間相互作用等,與真實的空化現(xiàn)象更為符合。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O35

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本文編號：1244306